超聲強(qiáng)化
關(guān)注創(chuàng)建者：趙慧玲 創(chuàng)建時(shí)間：2017-02-26
超聲強(qiáng)化的實(shí)例教程
mm/min）
（a）冷搭接缺陷
（b）鉤狀缺陷
【小結(jié)】
超聲振動(dòng)強(qiáng)化攪拌摩擦搭接焊接頭強(qiáng)度更高，顯微硬度更高，塑性更好。
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近年來(lái)，為了使超聲波技術(shù)能夠應(yīng)用于強(qiáng)化冶金工程，超聲波設(shè)備的研發(fā)一直是研究熱點(diǎn)。
眾所周知，冶金過(guò)程中的“三傳一反”是影響工藝效率、速度和能力的本質(zhì)因素，也概括了冶金化工生產(chǎn)的全部過(guò)程。所謂“三傳”，指的是質(zhì)量傳遞、動(dòng)量傳遞和熱量傳遞，“一反”則指的是化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。如何對(duì)冶金工藝進(jìn)行改良，本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，應(yīng)該從如何提高“三傳一反”的效率和速度入手。
根據(jù)超聲波原理來(lái)看：超聲波是物質(zhì)介質(zhì)中的一種彈性機(jī)械波（聲波），與電磁波一樣，能折射、聚焦和反射，但超聲波又不同于電磁波。超聲波在傳播時(shí)，需依靠彈性介質(zhì)，使彈性介質(zhì)中的粒子產(chǎn)生振蕩，并通過(guò)彈性介質(zhì)按超聲波的傳播方向傳遞能量。當(dāng)一定強(qiáng)度的超聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列的熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)效應(yīng)，從而改變媒介的一些物理化學(xué)特性。
從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，超聲波技術(shù)對(duì)于質(zhì)量、動(dòng)量和熱量的傳遞都有著良好的促進(jìn)作用，而這些促進(jìn)作用主要是由于超聲波技術(shù)所固有的特性決定的。雖然超聲波對(duì)許多冶金過(guò)程確實(shí)能起到非常有效的強(qiáng)化作用，但是目前超聲波在不同的反應(yīng)體系中的作用機(jī)理還未完全明確，為了使其不斷完善和推廣，還需對(duì)超聲強(qiáng)化機(jī)理、強(qiáng)化方式及技術(shù)條件優(yōu)化做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。關(guān)于超聲波傳感器在在冶金領(lǐng)域的應(yīng)用工釆網(wǎng)推薦使用MaxBotix 超聲波傳感器 - MB1043。
超聲波傳感器 - MB1043是一款高分辨率（1mm）、高精度低功耗的超聲波傳感器，它在設(shè)計(jì)上，不僅對(duì)干擾噪音做了處理，具備抗噪音干擾能力。而且對(duì)于大小不同的目標(biāo)，和變化的供電電壓，做了靈敏度的補(bǔ)償。
展開 此外，噴丸強(qiáng)化層中微納米組織中含有高體積分?jǐn)?shù)的晶界，以及大量的位錯(cuò)、空位、亞晶界等非平衡結(jié)構(gòu)及能量貯存，有利于降低原子擴(kuò)散激活能、提高原子擴(kuò)散系數(shù)、促進(jìn)原子化學(xué)反應(yīng)。因此，噴丸強(qiáng)化技術(shù)也用于材料表面改性，也有益于改善金屬材料的擴(kuò)散連接、滲氮（碳）等工藝性能。
噴丸強(qiáng)化層的組織細(xì)化機(jī)理通常認(rèn)為是由于彈丸循環(huán)撞擊作用下接觸應(yīng)力超過(guò)屈服強(qiáng)度，受噴材料表層產(chǎn)生位錯(cuò)、孿晶、層錯(cuò)和剪切帶等缺陷，缺陷交互作用后演變成微納米尺度胞狀組織、亞晶和晶粒。干式噴丸、超聲噴丸、激光噴丸和濕式噴丸等技術(shù)強(qiáng)化的受噴材料，都能夠在材料表面變形強(qiáng)化層形成納米晶層。噴丸強(qiáng)化層厚度和變形組織細(xì)化程度，受到材料自身屬性、噴丸工藝類型及其工藝參數(shù)影響。
對(duì)于傳統(tǒng)噴丸強(qiáng)化工藝，通過(guò)提高彈丸硬度、彈丸直徑、彈丸速度、覆蓋率以及噴丸強(qiáng)度來(lái)提高金屬材料的細(xì)化程度。對(duì)于超聲噴丸強(qiáng)化工藝，通過(guò)提高彈丸直徑、振動(dòng)頻率、噴丸時(shí)間來(lái)提高表面的細(xì)化程度和變形層深度。對(duì)于激光噴丸強(qiáng)化工藝，激光噴丸的脈沖能量、激光噴丸次數(shù)、覆蓋率等均影響表面組織的細(xì)化程度。
不同噴丸強(qiáng)化方法的組織細(xì)化程度和影響層深度不一致。以鈦合金為例，通常傳統(tǒng)噴丸強(qiáng)化影響層深度約在200~500μm，納米層深度約在20~30μm。激光噴丸強(qiáng)化影響層深度可達(dá)1mm 左右，納米層深度約10μm左右。超聲噴丸強(qiáng)化通過(guò)調(diào)整適當(dāng)?shù)?em>強(qiáng)化參數(shù)也可以使影響層深度達(dá)1mm，納米層則深達(dá)30μm。因此，超聲噴丸強(qiáng)化目前在材料表面實(shí)現(xiàn)變形組織細(xì)化的效果較為顯著，廣泛應(yīng)用在Fe、Cu、Ti、Al、Mg 等合金以及非晶合金等表面納米化的研究中。
表面粗糙度
噴丸強(qiáng)化過(guò)程中高速?gòu)椡枳矒羰車姴牧媳砻嬉鹚苄宰冃危⒃谄浔砻嫘纬砂伎樱罅繌椡璧淖矒艉拖嗷クB加作用使受噴材料表面形貌發(fā)生變化。
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超聲強(qiáng)化的最新內(nèi)容
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超聲噴丸強(qiáng)化通過(guò)調(diào)整適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化參數(shù)也可以使影響層深度達(dá)1mm，納米層則深達(dá)30μm。因此，超聲噴丸強(qiáng)化目前在材料表面實(shí)現(xiàn)變形組織細(xì)化的效果較為顯著，廣泛應(yīng)用在Fe、Cu、Ti、Al、Mg 等合金以及非晶合金等表面納米化的研究中。
雖然超聲波對(duì)許多冶金過(guò)程確實(shí)能起到非常有效的強(qiáng)化作用，但是目前超聲波在不同的反應(yīng)體系中的作用機(jī)理還未完全明確，為了使其不斷完善和推廣，還需對(duì)超聲強(qiáng)化機(jī)理、強(qiáng)化方式及技術(shù)條件優(yōu)化做進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。關(guān)于超聲波傳感器在在冶金領(lǐng)域的應(yīng)用工釆網(wǎng)推薦使用MaxBotix 超聲波傳感器 - MB1043。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 UVeFSLW焊接過(guò)程及接頭力學(xué)性能測(cè)試試樣示意圖
（a）超聲振動(dòng)強(qiáng)化攪拌摩擦搭接焊過(guò)程示意圖
（b）接頭顯微硬度測(cè)試位置示意圖
（c）剪切拉伸試樣尺寸
圖2 FSLW和UVeFSLW接頭橫截面組織形貌（攪拌頭轉(zhuǎn)速：?600?rev?min?1）
（a）焊接速度為150mm/min
（b）焊接速度為200mm/min
（c）焊接速度為260mm/min
